在進餐前，許多糖尿病患者需要為自己注射胰島素。這是一個耗時的過程，通常需要估計膳食中的碳水化合物含量、抽血測量血糖水平然後計算並提供正確的胰島素劑量。
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這些步驟通常必須在每一餐中重複進行，這使得許多糖尿病患者難以堅持他們的治療方案。對此，麻省理工學院(MIT)的一個研究小組現在想出了一種新的方法來簡化這一過程，另外還可以幫助病人保持健康的血糖水平。
MIT機械工程系Karl van Tassel Career Development助理教授、布萊根婦女醫院的胃腸病學家Giovanni Traverso表示：“任何使病人更容易接受治療的干預措施都會產生巨大的影響，因為存在着與時間、不便、靈巧或學習和訓練有關的多種障礙。如果我們能夠通過實施新的工程解決方案來克服這些障礙，它將使病人更容易接受這種治療。”
Traverso和他的同事設計了兩種不同的設備，其可以簡化計算和注射正確劑量胰島素的過程。其中一個將現有的許多步驟結合到一個裝置中，這在不久的將來可以用於病人身上。他們的第二個原型則將靈活的電子裝置納入針頭的表面，這樣可以方便血液測量和胰島素輸送通過同一個針頭進行。這最終可能能讓管理糖尿病的過程變得更加簡化。
一體化設備
糖尿病影響着美國的3400萬人，全世界有超過4億人。糖尿病患者通常使用兩種類型的胰島素來控制他們的血糖水平：長效胰島素和短效胰島素，前者幫助控制24小時內的血糖水平，後者在用餐時注射。患者首先用血糖儀測量他們的血糖水平，這需要刺破手指抽血並將一滴血滴在試紙上。他們還必須估計他們的膳食中有多少碳水化合物並將這些信息跟他們的血糖水平結合起來以計算和注射適當的胰島素劑量。
現有的技術如連續血糖監測儀和胰島素泵可以幫助完成這一過程的某些部分。然而，這些設備並不普及，所以大多數病人必須依靠手指刺入和注射器。
Huang說道：“每天，許多患者需要至少做三次這種複雜的程序。這個項目的主要目標是試圖促進所有這些複雜的程序，與此同時消除對多種設備的要求。我們還使用智能手機攝像頭和深度學習創建了一個應用，其可以識別和量化食物內容，進而幫助碳水化合物的計算。”
研究團隊設計了兩種不同類型的“一體式”設備，這兩種設備都結合了新的智能手機應用。患者首先給食物拍照，然後應用可以根據美國農業部數據庫的營養信息估算出食物的體積和碳水化合物的數量。
研究人員設計的第一個一體式設備整合了病人現在使用的許多現有工具，包括用於抽血的長柄針和葡萄糖試紙。在測量了血糖之後，該設備就會通過藍牙將信息傳達給智能手機應用，而應用則會計算出正確的胰島素劑量。該設備還包括一個注射正確數量胰島素的針頭。
Huang說道：“我們的設備正在做的是將刺破皮膚、收集血液、計算葡萄糖水平、進行計算和胰島素注射的程序自動化。病人不再需要單獨的穿刺裝置、血糖儀和胰島素筆”。
該設備中包含的許多組件已經獲得了FDA的批准，但該設備尚未在人類患者身上進行測試。在豬身上進行的測試表明，該系統可以準確地測量葡萄糖水平和分配胰島素。
單一針刺
對於他們的第二個設備，研究人員希望提出一個只需要一次針刺的系統。為了實現這一目標，他們設計了一種可以整合到用於注射胰島素的同一針頭中的新型葡萄糖傳感器。
You說道：“我們的想法是，如果我們能將葡萄糖傳感器直接整合到胰島素注射針頭的表面，那麼我們就只需要為病人扎一次針，這樣就能最大限度地減少疼痛，也使整個過程更容易管理。”
為此，研究人員設計了一個靈活的電子傳感器，它可以連接到針頭上，用於測量皮膚表面以下的間質中的葡萄糖水平。一旦針頭穿透皮膚，則只需要5到10秒來測量葡萄糖水平。這一信息被傳送到智能手機應用，該應用計算出胰島素的劑量並通過插入的針頭進行輸送。
在對豬的測試中，研究人員表明，他們可以用這個系統準確地測量葡萄糖水平，並且在注射胰島素后葡萄糖水平會下降。
由於該設備使用了一種新型的葡萄糖傳感器，研究人員預計它將需要進一步開發以達到可以在病人身上進行測試的程度。他們已經為新研究中描述的兩個系統申請了專利並希望與公司合作進一步開發它們。
這項研究得到了麻省理工學院機械工程系和布萊根婦女醫院的資助。